混凝土结构碳化耐久性的概率设计表达式
碳化环境下混凝土结构耐久性模型的更新方法
文章编号：1000-4750(2021)05-0113-09碳化环境下混凝土结构耐久性模型的更新方法谷 慧，李全旺，侯冠杰(清华大学土木工程系，北京 100084)摘 要：碳化环境下的混凝土结构耐久性模型，是基于扩散理论、快速试验、自然暴露试验以及工程经验建立的。
由于结构固有的不确定性和服役环境的复杂性，理论模型的预测结果与实际结构检测的耐久状况存在较大偏差。
该文利用工程耐久性检测获得的碳化深度、检测钢筋锈蚀比例、检测混凝土开裂比例，综合先验知识，基于贝叶斯理论，提出碳化环境下的耐久性模型更新方法。
结合结构实际的检测结果，经过更新的耐久性预测模型与待评估结构实际耐久状况更相符。
依此模型进行相应剩余耐久寿命的概率预测和耐久性评级，为既有结构耐久性评估提供参考。
关键词：耐久性评估；碳化环境；检测信息；模型更新；寿命预测中图分类号：TU375 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0361UPDATING METHOD FOR DURABILITY MODELS OF CONCRETESTRUCTURES IN CARBONATION ENVIRONMENTGU Hui , LI Quan-wang , HOU Guan-jie(Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: The durability models for concrete structures in a carbonation environment have been proposed based on diffusion theory, on accelerated tests and on engineering experience. Due to the inherent- uncertainty of structures and to the complexity of actual service environment, the calculation results of these models often have a big deviation from the actual test results. In the light of the point, a durability model updating method in a carbonation environment is proposed based on Bayesian theory by utilizing the durability inspection data with carbonation depth, with corrosion ratio of steel reinforcement and with cracking ratio of concrete. With the actual test results, the updated durability prediction model which consistent with the actual durability condition of the structure, is more consistent with the actual durability state of the evaluation structure. According to the model,the probability prediction of the residual durability life and durability rating are carried out, so as to provide a reference for the durability evaluation of existing structures.Key words: durability assessment; carbonation environment; inspection information; model updating; lifeprediction钢筋混凝土结构是现存最广泛的建筑结构形式，碳化环境下混凝土结构的耐久性问题，是目前我国既有混凝土结构普遍存在的问题。
混凝土结构的耐久性设计
论混凝土结构的耐久性设计摘要：在土建工程中，混凝土是用途最广泛的建筑材料。
混凝土结构是最常用的结构形式，其耐久性是在环境及材料内部因素的作用下形成的，是评价混凝土结构可靠性的重要的参考指标之一。
通过对混凝土耐久性的含义和影响因素的分析，进一步探讨了混凝土耐久性在设计技术上的问题。
关键词：混凝土；耐久性；设计中图分类号：tb 文献标识码：a 文章编号：16723198（2012）140186021 混凝土耐久性的内涵混凝土耐久性是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的共同作用下，在设计要求的目标使用期限内，不需要花费大量资金进行加固处理而保持安全、使用功能和外观要求的能力。
混凝土工程的耐久性与工程的使用寿命是联系在一起的，这一功能不仅包括在结构的安全性上，还体现在它的适应性上。
混凝土的耐久性主要包括以下几个方面：（1）抗渗性，指混凝土具有抵抗水、油等液体在压力作用下产生渗透的性能。
抗渗性控制着水分的渗入的速度和分量，同时对控制混凝土受热或是手冷时水的运动，是混凝土耐久性起着重要的作用。
（2）抗冻性，指混凝土在饱水状态下，能经受多次抗冻融循环，并保持强度和外观不变的能力。
在寒冷的冬天，尤其是一些冷冻特别大的地区，要求建筑物具有很强的抗冻性。
（3）抗侵蚀性，指物质在接触到有腐蚀性的化学物质的时候而不被侵蚀的能力。
混凝土恰恰具有这种抗侵蚀性的能力，使得它在建筑工程中广泛使用。
2 影响混凝土结构耐久性的主要因素2.1 碳化混凝土的碳化又叫混凝土的中性化，差不多所有的混凝土表面都处在碳化的过程中，碳化本身对混凝土并无破坏性，主要是使钢筋在高碱坏境中形成的对钢筋其保护作用的致密氧化膜遭到破坏，从而达到锈蚀钢筋的作用。
2.2 碱集料反应混凝土中产生碱集料反应，指的是在混凝土集料中的某些矿物质与混凝土中的碱性溶液发生的化学反应。
这种化学反应的产生，会使混凝土结构内部产生大量的膨胀压力，这种压力会造成混凝土的开裂。
第三章 混凝土结构的耐久性设计
二,混凝土结构耐久性设计原则
混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料的自身特性和结 构的使用环境,与结构设计,施工及养护管理密切相关.综 合国内外研究成果和工程经验,一般是从以下三个方面解决 混凝土桥梁结构的耐久性: (1)采用高耐久性混凝土,增强混凝土的密实度,提高混 凝土自身抗破损能力; (2)加强桥面排水和防水层设计,改善桥梁的环境作用条 件; (3)改进桥梁结构设计,其中包括加大混凝土保护层厚度 ;加强构造钢筋,防止控制裂缝发展;采用具有防腐保护的 钢筋(例如:体外预应力筋,无粘结预应力筋,环氧涂层钢 筋等).
一,混凝土结构的耐久性
混凝土结构的耐久性是指结构对气候作用,化学侵蚀,物 理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力.由于混凝土的缺 陷(例如裂隙,孔道,汽泡,孔穴等),环境中的水及侵 蚀性介质就可能渗入混凝土内部,产生碳化,冻融,锈蚀 作用而影响结构的受力性能.并且结构在使用年限内还会 受到各种机械物理损伤(腐损,撞击等)及冲刷,溶蚀, 生物侵蚀的作用.混凝土结构的耐久性问题表现为:混凝 土损伤(裂缝,破碎,酥裂,磨损,溶蚀等);钢筋的锈 蚀,脆化,疲劳,应力腐蚀;以及钢筋与混凝土之间粘结 锚固作用的削弱等三个方面.从短期效果而言,这些问题 影响结构的外观和使用功能;从长远看,则会降低结构安 全度,成为发生事故的隐患,影响结构的使用寿命.
影响混凝土结构耐久性的因素十分复杂,主要取决于以下四 个方面: (1)混凝土材料的自身特性; (2)混凝土结构的设计与施工质量; (3)混凝土结构所处的环境条件; (4)混凝土结构的使用条件和防护措施. 混凝土材料的自身特性和结构的设计与施工质量是决定其耐 久性的内因.混凝土的材料组成,如水灰比,水泥品种和 数量,骨料的种类与级配都直接影响混凝土结构的耐久性. 混凝土的缺陷(例如裂缝,气泡,空穴等)都会造成水分 和侵蚀性物质渗入混凝土内部,与混凝土发生物理化学作 用,影响混凝土结构的耐久性.
混凝土耐久性指标
摘要：本文简要叙述混凝土结构的耐久性现状，强调提高混凝土结构的耐久性设计标准对我国当前大规模基础设施工程建设的重要性。
文中着重介绍新近编制的中国土木工程学会标准《混凝土结构耐久性设计与施工指南》(CCES 01－2004，2005年修订版)中有关耐久性设计部分的基本考虑以及需要进一步完善的内容。
1 混凝土结构的耐久性现状混凝土结构在土木工程中的应用已逾百年。
早期的混凝土结构数量很少，钢筋混凝土材料在一般大气环境中的性能劣化过程又很长，所以混凝土结构的耐久性在很长的时期内一直未能得到足够注意。
混凝土结构在桥梁、港工等基础设施工程中的大量应用是从20世纪50年代初（二战以后）起步的，60年代起发达国家的交通运输业高速发展，开始大范围地使用除冰盐来融化冬季道路上的积雪，到70年代初，始料未及的因氯盐（海水、海洋盐雾及除冰盐）引起钢筋严重锈蚀和混凝土被钢筋锈蚀而胀裂、剥落的现象大量出现，这才引起西方国家工程界和政府的重视。
耐久性问题一旦暴露往往已为时过晚，就得被迫花费大量资金不断进行修理、加固直至拆除重建，严重影响工程的正常运行，过早终结工程的使用寿命。
以美国的混凝土桥梁为例，虽然耐久性设计方法和设计标准自上世纪60年代以来一再改进提高，使得新建桥梁的设计使用寿命已能达到设计所要求的75～100年以上，已建桥梁中需限载通行的桥梁比例也因旧桥的不断拆除有所递减，但每年用于桥梁维修与更换的费用仍在增加。
美国每年用于基础设施工程修理的费用相当于这些工程资产总值的10%。
目前我国正在进行大规模的基础设施工程建设，比发达国家晚数十年，但却面临着更为严重的混凝土结构耐久性问题。
首先，我国设计规范中规定的耐久性设计标准从一开始就甚低于西方国家，而且几十年来基本上没有太大的改变；其次，对混凝土结构耐久性有着重大影响的施工质量又最为薄弱。
混凝土结构的耐久性主要取决于钢筋的混凝土保护层厚度与混凝土的密实性，后者常通过混凝土最低强度等级和混凝土最大水胶比加以体现。
混凝土结构的耐久性设计方法(2)
混凝土结构的耐久性设计方法作者：彭桂萍来源：《城市建设理论研究》2014年第06期【摘要】许多工程中，混凝土结构是其基础结构，因此，混凝土结构的耐久性对于工程质量具有重要意义。
文章对混凝土结构的耐久性设计方法进行分析，具有一定的借鉴意义。
【关键词】混凝土结构；耐久性；设计方法中图分类号： S611 文献标识码： A前言文章对混凝土耐久性的概念、等级、原则进行介绍，对影响混凝土耐久性的主要因素进行阐述，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对混凝土结构的耐久性设计方法进行了探讨。
二、混凝土耐久性的概念、等级、原则1.混凝土耐久性的概念混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在任何一种环境作用下，都不用额外的费用加固处理直接就能保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。
混凝土耐久性主要包括：抗冻性、抗渗性、碳化。
2.混凝土耐久性的等级（1）一级耐久性主要是针对室内干燥环境下的住宅、办公楼等室内构件来说的，用简单的粉刷或油漆防护就可以，也就是能够满足在规定的使用年限内所要求的年限。
（2）二级耐久性主要是针对露天环境或高温环境下的构件，在规定的使用年限内也存在着个别需要维修的状况，维修采用的方法可能是修补或更替个别构件。
（3）三级耐久性在沿海地带或受冻融作用的环境以及使用除冰盐的结构，在规定的使用年限内需要经常维修的情况。
3.混凝土的耐久性设计应该遵循的原则在进行混凝土耐久性设计的过程中，相关的设计人员必须要先明确出这一结构的耐久性目标是什么，也就是设定的使用期限；还要确定出耐久性失效标准是什么。
一般情况下，使用期限可以分成四类。
对于耐久性失效标准，有多种说法。
大多数观点认为：一是以结构性能退化导致结构承载能力降低到承载能力极限状态，称为承载能力耐久性失效标准；另一种说法是由于耐久性能退化使结构产生了变形，从而不能够满足正常使用的基本需求，我们主要是以钢筋锈蚀发展到出现混凝土沿顺筋开裂作为正常使用耐久性失效标准。
基于碳化寿命准则的钢筋混凝土结构耐久性评定
碳化准则耐久性评定分项系数表
于 昌 杰 ｄ Ｅ 京 华 宇 工 程 有 限 公司 西 安 分 公司， 陕 西 西 安 ７ １ ０ ０ ７ ５ ）
摘
要： 混凝土 中的钢 筋锈蚀是 造成 混凝 土结构耐 久性损伤 的最主要
—■—＿
因素 ， 而在一般 大气环境 下， 混凝 土碳 化则是 混凝土 中钢筋锈 蚀的前 提条件 。 目前 ， 国内外对混凝土碳化进 行 了大量的试验研 究及 理论分
Ｏ
ｇ ｌ ＝ ｃ
、 ／ 了＝ ０
（ ２ ）
图 ２ 墙板钢筋保护层厚度直方图
１ ． １混凝土保护层厚度的概率统计分析 文献 ［ ２ 】 对西安地 区部分在 建混凝 土构件 的保 护层厚 度进
行 了实测数据统 计 ， 结 构类型包括框 架结构 、 剪 力墙结构 和框 剪 结构 ， 共测 得实 际数 据 ５ １ ０个 ， 其 中梁柱 ３ ５ ４个 ， 墙板 １ ５ ６
安
徽
建
筑
２ ０ １ ３年第 ３期（ 总１ ９ １期 ）
基 于碳化寿命准则 的钢筋混凝土结构 耐久性评定
Ｄｕ ｒ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ Ａｓ ｓ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒ Ｒｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｄ Ｃｏ ｎ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ Ｓｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｐｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ Ｃａ ｒ ｂ ｏ ｎ ａ ｔ ｉ ｏｎ Ｌ ｉ ｆ ｅ
混凝土结构的耐久性设计方法
混凝土结构的耐久性设计方法摘要：混凝土结构的耐久性问题已成为全世界学者共同关注的焦点,对混凝土结构进行耐久性设计, 提高结构的耐久性能得到了广泛的重视。
本文介绍了混凝土结构耐久性定义，探讨了混凝土结构的耐久性设计方法。
关键词：混凝土结构耐久性设计定义方法中图分类号：tu37文献标识码： a 文章编号：随着经济的高速发展，我国已成为名副其实的“世界工地”。
大量的基础设施项目的上马对其质量形成了考验，这其中建筑混凝土的耐久性成为工程技术人员关心的问题，而耐久性决定着建筑物的寿命性，因此同时也是政府和普通老百姓关心的话题。
从技术角度上说，混凝土结构的可靠性依据安全性、适用性和耐久性等三个指标，现实是当前对混凝土的安全性和适用性研究得比较透彻和成熟，而混凝土的耐久性的测验由于需要花费较长的时间，人们往往只关注当前的结构质量，而忽视对未来可靠性的考虑，这导致对建筑耐久性的分析和研究长期得不到重视。
我国目前的建筑物的寿命普遍低于国际水平，许多新建桥梁工程的平均寿命甚至不到20 年，这些都是工程施工中混凝土的耐久性达不到实际要求造成的。
因此，克服急功近利思想，加强对混凝土结构耐久性的研究非常必要。
一、混凝土结构耐久性定义这个混凝土结构耐久性的定义实际上包含了三个基本要素（1）环境：结构处于某一特定环境（包括自然环境、使用环境）中，并受其侵蚀作用；（2）功能：结构的耐久性是一个结构多种功能（安全功能、适用性等）与使用时间相关联的多维函数；（3）经济：结构在正常使用过程（即设计要求的自然物理剩余寿命）中不需要大修。
定义中的工作环境及材料内部因素的作用指的是物理或化学作用，根据结构工作环境情况、破损机理、形态以及国内各行业传统经验，可将混凝土结构的工作环境分成6大类：①大气环境；②土壤环境；③海洋环境；④受环境水影响的环境；⑤化学物质侵蚀环境；⑥特殊工作环境。
同时，结构耐久性是结构的综合性能，既涉及结构的承载能力、又涉及结构的正常使用以及维修等，反映了结构性能随时间的变化。
混凝土结构碳化寿命的概率模型研究
机性 ，这主要体现 于碳化速度系数 Ｋ，Ｋ 为一随机变量 。 以碳化至钢筋表面 的时 间 ｔ 为钢筋的脱钝时间 ，
ｎ ：
（３）
Ｄ 为混凝土保护层厚度 ，是一个随机变量 。
由于 Ｄ 和 Ｋ均为随机变 量 ，因此 ，碳 化至钢筋 表面 的
时间 ，即钢筋的脱钝 时间也是一个随机变量 ．令 Ｘ＝ｒ ，刚
由 ｘ＝￡ 知 ￡ ＝ｘ：．可得 钢筋脱钝 时间 的均值 ，即碳 化 寿命 均值为
可靠性的影响比较大 ，主要是因为强 度越高 ，混凝土越密实 ． ０ 的扩散速度则越慢 ，碳化可靠性越高 ；不同 的水泥品种 ， 形成混凝土后 的微观结构不一样 ．对结构碳化可靠性 电存在 的影响 ，在相同的服役时间 内相同标号的普通 水泥 比矿渣承 泥大许多 ．即在同一碳化 可靠指标下 利用普通 水泥建成 的 结构 比用矿渣水泥服役时间长 。建议在可能的条件下 ，尽量 使用强度较 高、致密性好的混凝土．以提高耐久性。
ｒ
（ ）＝ｌｌ＿ ．Ｋ（ｈ 女）
（４）
２ １ 碳 化 机理 由于混凝 土内部存在着大量 的空 隙和毛细管 ，具 有一定
的渗 透性 ，大气 中的 ｄ）２可 以扩散 进去 并溶 解在混 凝土 的 液相 中形 成碳 酸 ，碳酸与混凝土中存 在的使 混凝 土保 持碱性
收 稿 日期 ：２００１ ０４—２３ 作者简介 ：赵 尚传 （１９７３一），男 ，山东青 岛人 ，博 士生 ，主要从事混凝 土结构耐久性 与安生性研究 基 金 顷 目 ：国家 自然 科 学基 金 资 助碰 口（５９８７８００８）
混凝土结构耐久性设计的基本概念-34页
C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 17.0 20.0 23.5 27.0 30.0 33.5 37.0 40.0 0.68 0.67 0.67 0.68 0.67 0.67 0.67 0.67
混凝土容许应力与混凝土设计强度之关系：轴心受 压除以安全系数2.5。弯曲受压及偏心受压，主要考虑应 力图形为三角形，仅外层纤维达到容许值，故安全系数 可适当降低取2.0。
2、氯盐环境---钢筋锈蚀 氯离子侵入混凝土内，钢筋锈蚀，体积膨胀2~6
倍，混凝土开裂。
对策： 1.提高混凝土的抗渗透性，增加混凝土的密实性。 2.聚合物水泥混凝土。 3.钢筋涂树脂。 4.混凝土表面处理途刷涂料。 5.钢筋保护层加大。
3化学侵蚀环境---混凝土破坏
硫酸盐侵蚀：
水泥基体与硫酸盐反应后，生成膨胀盐，引起 膨胀，使混凝土表面开裂或软化，裂缝又助长了 含硫酸盐和其它离子的侵蚀性水的渗透，进一步 加剧了混凝土的毁坏。
结晶盐侵蚀（盐析）破坏是严重的，青海察尔汗 盐湖地区，在该地区埋设的混凝土（W/C=0.65）试 件，经3-6个月地面部分即出现侵蚀迹象，3年后地面 以上出现严重破坏，而埋于土壤中的部分则基本完好。 当水灰比降至0.35，经6年地面以上部分完整无损， 而埋入土壤中部分则出现硫酸盐化学侵蚀破坏。其它 盐碱地区考察中，水位变化区的桥墩，穿过芒硝地层 的铁路隧道混凝土衬砌破坏以及混凝土电线杆发生在 地表面附近的断杆事故等，均属于盐类结晶引起的侵 蚀破坏。
若膨胀率大于0.3%，换骨料。
三、混凝土的耐久性
概念：混凝土在使用环境中能满足原始设计和实际 使用要求。 影响耐久性的因素：材料、环境和相互作用的途径。 使用环境：
1 碳化环境 2 氯盐环境 3 化学侵蚀环境 4 冻融环境 5 磨蚀环境
碳化环境下碳纤维-混凝土复合材料的耐久性分析
碳化环境下碳纤维-混凝土复合材料的耐久性分析∗毕 磊1 刘 源2 （1.陕西职业技术学院建筑工程学院，西安 710038； 2.中国建筑西北设计研究院结构技术研究中心，西安 710018）摘要： 为研究碳化环境下，碳纤维掺量对混凝土耐久性能的影响，通过在混凝土中分别掺入不同掺量的碳纤维（0%、0.5%、1%和2%），分析纤维混凝土的坍落度、含气量和抗压强度在不同的碳化环境下（二氧化碳浓度分别为0%、20%、60%、80%和100%）的变化规律。
结果表明：1） 当纤维材料在0%~1%之间时，混凝土的三种耐久性能得到提升；而纤维掺量超过1%时，则会导致混凝土的耐久性能下降；2） 随着养护环境二氧化碳浓度的增加，混凝土三种耐久性能逐渐下降，且下降速率逐渐增大；3） 养护时间增加，混凝土的三种耐久性能也会随之逐渐下降。
在本试验中掺入1%碳纤维的混凝土复合材料耐久性能较佳，且具有一定的抗碳化能力。
关键词： 碳纤维； 碳化环境； 碳纤维混凝土； 养护时间； 耐久性中图分类号：TS653 文献标识码：A 文章编号：1001-5299 （2020） 08-0029-05 DOI:10.19531/j.issn1001-5299.202008007Experimental Analysis on Durability of Carbon Fiber Reinforced Concrete Composite inCarbonation EnvironmentBI Lei 1 LIU Yuan 2( 1. College of Construction Engineering, Shaanxi Vocational and Technical College, Xi'an 710038, P.R.China; 2. Structural Technology Research Center,Northwest Design and Research Institute of China architecture, Xi'an 710018, P.R.China )Abstract: In order to study the influence of carbon fiber content on the durability of concrete in carbonation environment, in this study, the evolution rule of slump, air content and compressive strength of fiber concrete in carbonation environment (carbon dioxide concentration is 0%, 20%, 60%, 80% and 100% respectively) were analyzed compared by adding different amount of carbon fiber (0%, 0.5%, 1% and 2%) into concrete. The results showed that:1) when the fiber material is between 0% and 1%, the durability of concrete was improved; when the fiber content is more than 1%, the durability of concrete was reduced; 2) with the increasing of carbon dioxide concentration in the curing environment, the three durability properties of concrete decreased gradually, while the rate of decrease increased gradually; 3) with the increasing of curing time, the three durability properties of concrete decreased gradually. Therefore, the durability of 1% carbon fiber reinforced concrete was the best in this experiment, and it had a certain anti-carbonization ability.Key words: Carbon fiber; Carbonation environment; Concrete; Curing time; Durability 混凝土是当前使用最为广泛的材料之一，由于混凝土所处的环境较为恶劣和复杂，不少学者通过数值模型和试验方法分析研究在碳化环境下的混凝土性能变化。
混凝土结构碳化耐久性的概率设计表达式
混凝土结构碳化耐久性的概率设计表达式姚继涛;谷慧;张义九;程凯凯【期刊名称】《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(047)001【摘要】随着施工工艺的不断改进和业主对可靠度的不同选择,现行耐久性设计方法在灵活性、通用性和可靠度控制精度上越来越表现出其自身的局限性.根据理论和经验相结合的碳化深度模型,选用最新统计数据,考虑保护层厚度,抗压强度以及混凝土结构碳化深度计算模型的不定性系数三个基本随机变量,提出结构关于时间的功能函数.依据设计值法和结构可靠度的基本理论,考虑基本变量的概率特性、结构设计的目标可靠指标以及其设计使用年限对设计结果的直接影响,用基本变量的基准值与分项系数的乘积来表达其设计值,在分项系数中全面反映了目标可靠指标的影响,建立了基于碳化寿命准则的混凝土结构耐久性概率设计表达式.该耐久性设计方法适用于一般大气环境下任意设计使用年限的不允许出现钢筋锈蚀的混凝土结构,根据表达式可直接确定新材料、新工艺在满足不同可靠指标和设计使用年限的耐久性要求下的保护层厚度和混凝土强度.【总页数】5页(P1-5)【作者】姚继涛;谷慧;张义九;程凯凯【作者单位】西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055【正文语种】中文【中图分类】TU318+.1【相关文献】1.面向碳化锈蚀作用混凝土结构耐久性评定研究 [J], 袁旭阳2.通过碳化试验检测混凝土结构的耐久性 [J], 兰大鹏;欧洋3.自然碳化条件下混凝土结构的耐久性定量设计方法 [J], 余波;黄俊铭;李启明;刘姝妲4.碳化环境下混凝土结构耐久性模型的更新方法 [J], 谷慧;李全旺;侯冠杰5.碳化环境混凝土结构的耐久性定量分析模型 [J], 余波;李启明;刘姝妲因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
混凝土结构耐久性的概率极限状态设计法_刘海
摘 要： 混凝土结构耐久性设计中的一个重要方法就是概率极限状态设计法， 这种方法根据描述耐久性劣化过程的数学模型， 首先建立
耐久性极限状态方程， 再将环境作用与抗力作用的某个特征值与相应的分项系数代入极限状态方程， 经验算就可在一定可靠度水准上得
到耐久性设计参数的设计值。该法与我国混凝土设计规范的结构设计方法一致， 其中的关键问题是选取描述耐久性劣化过程的数学模型
义明确， 统计规律容易掌握， 计算过程较为简单。
１ 碳化寿命准则的极限状态方程
混凝土耐久性研究中的碳化寿命准则是以保护层混凝土
制 混 凝 土 材 料 常 规 指 标 、组 成 和 保 护 层 厚 度 ， 以 及 控 制 在 特 定 由于碳化而失去对钢筋的保护作用， 使钢筋开 始 产 生 锈 蚀 的 时
０ 引言
耐久性设计是混凝土结构耐久性研究中的核心问题之一。 目 前 的 耐 久 性 设 计 方 法 主 要 有 环 境 指 数 评 定 法［１］、基 于 时 变 可 靠度的 Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ 耐久性设计法［２（］ 或其改进方法［３－５］） 、耐久性 优 化 设 计 方 法 ［６－ ７］、以 及 耐 久 性 概 率 极 限 状 态 设 计 法 ［８］等 。世 界 各
２００８ 年 第 ９ 期（ 总 第 ２２７ 期 ） Ｎｕｍｂｅｒ ９ ｉｎ ２００８（ Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．２２７）
混
凝
土
Ｃｏｎｃｒｅｔｅ
理论研究 ＴＨＥＯＲＥＴＩＣＡＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨ
混凝土结构耐久性的概率极限状态设计法
刘 海， 姚继涛， 牛荻涛 （ 西安建筑科技大学， 陕西 西安 ７１００５５）
耐久性设计和延长工作寿命明确了方向。然而， 这些规定仍然 化数据， 以环境条件和混凝土质量为基本参数， 同时考虑钢筋
GB_50476-2008_混凝土结构耐久性设计的要求规范
UDC中华人民共和国国家标准GB P GB/T 50476—2008混凝土结构耐久性设计规范Code for durability design of concrete structures2008—11—12发布2009—05—01实施中华人民共和国住房和城乡建设部联合发布中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中华人民共和国国家标准混凝土结构耐久性设计规范Code for durability design of concrete structuresGB/T 50476—2008主编部门：中华人民共和国住房和城乡建设部批准部门：中华人民共和国住房和城乡建设部施行日期：2009年5月1日中国建筑工业出版社2008北京中华人民共和国住房和城乡建设部公告第162号关于发布国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》的公告现批准《混凝土结构耐久性设计规范》为国家标准，编号为GB/T 50476 2008，自2009年6月1日起实施。
本规范由我部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。
中华人民共和国住房和城乡建设部2008年11月12日本规范是根据建设部《关于印发(二00四年工程建设国家标准制定、修订计划>的通知》(建标[2004]67号文)要求，由清华大学会同有关单位共同编制而成。
在编写过程中，编制组开展了专题调查研究，总结了我国近年来的工程实践经验并借鉴了现行的有关国际标准，先后完成了编写初稿、征求意见稿和送审稿，并以多种方式在全国范围内广泛征求意见，经反复修改，最后审查定稿。
本规范共分8章、4个附录，主要内容为：混凝土结构耐久性设计的基本原则、环境作用类别与等级的划分、设计使用年限、混凝土材料的基本要求、有关的结构构造措施以及一般环境、冻融环境、氯化物环境和化学腐蚀环境作用下的耐久性设计方法。
混凝土结构的耐久性问题十分复杂，不仅环境作用本身多变，带有很大的不确定与不确知性，而且结构材料在环境作用下的劣化机理也有诸多问题有待进一步明确。
5混凝土结构设计原理主要公式定义.doc
è
i=1
ø
（3－28）
第四章 弯曲构件的正截面受弯承载力
1．梁、板正截面受弯承载力计算就是满足承载能力极限状态，即要求满足
M £ MU
（4－1）
式中， M 是受弯构件正截面的弯距设计值， M U 是受弯构件正截面受弯承载力的设计值。
2．配筋率
r
=
AS bh0
(%)
（4－2）
式中， AS 为纵向受拉钢筋总截面面积， b 为截面宽度， h0 为截面有效高度。
0.45 ´ a 2
(2－4)
式中，d 为变异系数；0.88 的意义和a 2 的取值与式(2－1)中的相同。
5．
f
` cc
=
f
` c
+ (4.5 ~
7.0) f L
(2－5)
式中，
f
` cc
——有测向压力约束的轴心抗压强度；
f
` c
——无测向压力约束的轴心抗压强度；
f L ——测向约束压应力。
6．美国 E.Hognestad 建议的模型 模型的上升段为二次抛物线，下降段为斜直线。
n
=
2
-
1 60
( f cu,k
- 50) £
2.0
（4－5）
( ) e 0 = 0.002 + 0.5 ´ fcu,k - 50 ´10-5 ³ 0.002
（4－6）
( ) e cu = 0.0033 - 0.5 ´ fcu,k - 50 ´10-5 £ 0.0033
4．纵向钢筋的应力－应变关系方程为
第三章 按近似概率理论的极限状态设计法
1．承载能力极限状态函数表示为
Z =R-S 式中， S 表示荷载效应， R 表示结构构件抗力。
结构耐久性
一混泥土的进化1 HS/HPC除具有高强度，还有很高的耐久性2 古代混凝土值火山灰和石灰混合3 耐久性的秘密是碳酸物的化学反应4二混凝土的体积变化1 混凝土抵抗收缩开裂的机理可以通过极限抗拉变形加以说明2 水化收缩：水泥和水反应，产生的水化物的体积，与反应前参加反应的水和水泥的总体积相比，体积减小。
3 混凝土自收缩：水泥的水化收缩和水泥石的自身干燥收缩的总和4 碳化收缩：混凝土中的Ca（OH）2和CO2结合，放出水而变成CaCO3，密度变大。
5 普通混凝土自收缩较小，而干燥收缩较大。
高强度、高性能混凝土正好相反，自收缩较大，干燥收缩较小。
但干燥收缩和自收缩之和，两者相近。
6 混凝土强度越高，裂缝越多，裂缝分布密度越大。
混凝土在不同龄期阶段的收缩变形8.（简答）干燥收缩与开裂的对策：①降低单方混凝土的用水量②优选集料。
抵抗收缩的集料母岩，石灰岩>安山岩>砂岩③选择适当的水泥，不同水泥混泥土的干缩率不同，矿渣水泥>普通硅酸盐水泥>粉煤灰水泥。
④掺入降低混泥土收缩的外加剂，主要是通过掺入外加剂降低毛细管张力，使干缩变形降低。
四中性化的劣化破坏1 中性化：混凝土是强碱物质，在这样强碱环境下钢筋得到保护，但大气中的CO3、SO3和NO2等氧化物与混凝土结构物长期缓慢作用，从而导致混泥土的碱性从表面到内部徐徐降低。
2 中性化促使水泥水化物分解，强度降低，促进腐蚀性介质侵蚀等，使混凝土结构发生早期劣化3 中性化的表象及对策：表现①质量变化②体积变化③孔结构变化④强度变化⑤碳化导致的结构劣化破坏对策：①提高混凝土气密性和水密性（1降低混凝土水灰比，降低单方混凝土用水量2采用聚合物水泥混凝土3聚合物侵渍混凝土）②以气密性装饰材料涂装（1涂装砂浆2涂装有机、无机装饰材料）氯盐对混凝土结构的劣化破坏1 氯盐对混凝土结构的劣化破坏是指在钢筋混凝土表面，Cl-的含量达到某一极限值后，使钢筋表面的钝化膜破坏，产生孔蚀；在空气和水分的作用下，形成宏观电池，使金属铁变成铁锈，体积膨胀，混凝土保护层发生开裂破坏，使结构承载能力降低，并逐步劣化破坏。
钢筋混凝土结构碳化耐久性的评定_樊平
２００８年０２期（总第３８期）作者简介：樊平（１９７５－），男，四川绵阳人，博士，研究方向为桥梁耐久性检测与评定。
１概述混凝土碳化使其碱度降低，ｐＨ值下降，当ｐＨ值下降到９￣１０时，混凝土中钢筋表面墩化膜被破坏，钢筋得不到保护开始锈蚀。
一般将钢筋脱钝时间视为结构耐久性极限。
混凝土保护层的碳化是由混凝土表面开始，由表及里逐渐进行的，因此将混凝土保护层的碳化深度作为评判钢筋锈蚀的指标之一。
目前，对于混凝土碳化的研究已经取得了很多成果，国内外的研究者给出了多种碳化模型。
其中，前苏联学者Алексеев以ＣＯ２在混凝土孔隙中的扩散过程作为混凝土碳化的控制因素，基于Ｆｉｃｋ第一扩散定律得到了混凝土碳化的理论模型（１）式中，ｘ为碳化深度，ｃｍ；ｔ为碳化时间，年；Ｄｅ为ＣＯ２在混凝土中的有效扩散系数，ｃｍ３／年；Ｃ０为环境ＣＯ２浓度；ｍ０为单位体积混凝土的ＣＯ２吸收量。
希腊学者Ｐａｐａｄａｋｉｓ、Ｖａｙｅｎａｓ等人根据ＣＯ２及混凝土中可碳化物质在碳化过程中的质量平衡条件，经简化得到具有同如下模型（２）式中，ＣＣＨ、ＣＣＳＨ、ＣＣ３Ｓ、ＣＣ２Ｓ分别为Ｃａ（ＯＨ）２、ＣＳＨ、Ｃ３Ｓ、Ｃ２Ｓ的物质浓度。
Алексеев模型与Ｐａｐａｄａｋｉｓ模型具有异曲同工之处，目前已被大多数学者所接受。
这些模型虽然形式简单，但也有研究者提出，在某些情况下混凝土碳化不遵循时间的二次方根规律，在相对湿度ＲＨ＜６０％时，ＣＯ２不再是碳化速度的控制因素。
再则，Алексеев模型公式中的两个参数的计算方法模糊，而Ｐａｐａｄａｋｉｓ模型中虽给出了每一参数的计算方法，但此模型只适用于普通波特兰水泥混凝土。
而且由于钢筋混凝土结构的碳化受诸多因素的影响（如气候环境、结构的荷载水平、表面覆盖层等），每一结构混凝土碳化的影响因素又不同。
因此，在对既有结构进行碳化耐久性评估时，除考虑上式的运用，而且应考虑每一结构的独特性。
本文建议以现场实测数据为基础，运用Алексеев模型对既有钢筋混凝土结构的碳化耐久性能作评估。
混凝土碳化寿命预测及应用
混凝土碳化寿命预测及应用摘要：碳化深度是混凝土检测的必测参数，本文简单分析了混凝土碳化的机理、产生危害、碳化深度预测模型、防治措施等。
以现场实测样本数据为基础，定量预测结构碳化寿命及剩余碳化年限，有助于建筑结构耐久性设计及评估。
关键词：混凝土碳化碳化寿命一、概述混凝土的碳化是极复杂的多相物理化学过程，简单理解即为环境中的CO2在湿度较大的环境下在混凝土微孔中形成H2CO3，进而与水泥水化产物Ca(OH)2、3CaO·2SiO2·3H2O、2CaO·SiO2·4H2O发生化学反应生成CaCO3、SiO2、H2O。
使碳化混凝土的PH值由原来的12.5以上降低至8.5～9.0。
碳化产生的危害主要有以下三方面：（1）引起钢筋周围的强碱性环境消退，为钢筋锈蚀提供前提条件；（2）碳化收缩，引起混凝土表面开裂；（3）目前碳化深度的测定主要依靠1%的酚酞酒精溶液、游标卡尺等工具利用肉眼观测颜色变化测量判断。
碳化测量结果一般呈正态分布，通常取平均值作为碳化深度，存在一定的测量误差。
对混凝土强度判定及耐久性评估等存在一定的影响。
碳化是评价混凝土耐久性的一个重要指标；碳化深度也是混凝土检测必须包含的一个重要参数。
随着结构耐久性越来越被引起重视，国内外学者借助于快速碳化试验、对碳化参数的跟踪监测和调查以及理论分析等方法，对碳化进行了深入的研究，并在此基础上提出了多种预测模型。
二、碳化深度预测模型碳化是CO2向结构内部沿着结构深度方向的一维扩散，碳化的发展也存在内因和外因，内因主要是混凝土自身的品质，主要包括：水泥品种、用量，混凝土的强度、孔隙率、水灰比、养护条件、施工质量、应力状态等；外因主要是环境因素，主要包括：CO2的浓度、温度、湿度等。
碳化深度预测方面已经被大量的室内试验和工程实践测试所证实,碳化深度与实践的1/2次方成正比,即,其中称为碳化速度系数。
目前，预测模型主要基于理论推导和经验拟合。
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关 键 词 ：碳化；耐久 ；结悔可 靠度； 概搴设计；设 中 图 分 类 号 ：Ｔ ｕ３ １ ８ ＋ ． Ｉ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文章编 号 ：ｉ ０ ０ ６ － ７ ９ ３ ０ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １ － ０ ０ ０ １ — ０ ５
Ｔ ｈｅ ｐｒ ｏｂａｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｅ ｘｐｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｏ ｎｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅ ｃ ａ ｒ ｂｏｎｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄｕｒ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｄｅ ｓ ｉ ｇｎ
第４ ７ 卷 第１ 期
２ ０ １ ５ 年２ 月
西安建筑科 技大学学报 （ 自然科 学版）
Ｊ ． Ｘｉ ’ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ． ｏ ｆ Ａｒ ｃ ｈ ． ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ． （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ １
、 ， ０１ ． ４７ ＮＯ． １
响 ，建立 了基于碳 化寿命 准则 的混凝土结 构耐久 性概率设 计表达 式 ．该耐 久性设 计方法适 用于一般 大气环境 下任意设
计使 用年 限 的不 允许 出现 钢筋锈 蚀的混凝 土结构 ，根据表 达式可直 接确 定新材料 、新工 艺在满足 不 同可靠指 标和设 计
使 用年 限的耐久性 要求 下的保护 层厚度 和混凝土 强度 ．
ｃ ｈ ｏ ｏ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ １ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ １ ｄ ａ ｔ ａ ， ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｐ ｒ ｏ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎｅ ｓ ｓ ，ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇｔ ｈ ａ ｎｄ
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姚 继 涛 ， 谷 慧 ， 张 义 九 ，程 凯 凯
抗压 强度 以及混凝 土结构碳 化深 度计算模 型 的不 定性系数 三个基 本随机变 量 ，提 出结构 关于 时 间的功能 函数 ．依据设
计值 法和结 构可 靠度的基 本理论 ，考虑基 本变量 的概 率特 性、结构 设计 的 目标可 靠指标 以及其设计 使用年 限对设计结
果 的直 接影 响 ，用基本变量 的基 准值与分 项系数 的乘积来 表达其设 计值 ，在分项 系数 中全面反 映了 目标可靠 指标 的影
（ 西安 建筑 科 技大 学土 木 工程 学 院 ，陕西 西 安 ７ １ ０ ０ ５ ５ ）
摘 要 ：随着施 工工艺 的不 断改进和 业主对可 靠度 的不 同选择 ，现行耐 久性设 计方法在 灵活性 、通用性和 可靠度控制 精
度 上越 来越 表现 出其 自身 的局 限性 ．根据 理论和 经验相结 合 的碳化 深度模 型 ，选 用最新统 计数据 ，考虑保护 层厚度 ，